植保無人機的應(yīng)用特點與變量施藥技術(shù)研究

王升海

摘 要：多旋翼植保無人機是我國農(nóng)業(yè)無人機植保的新方式，近年來不僅發(fā)展速度快，而且體現(xiàn)出了顯著的作業(yè)優(yōu)勢，通過對現(xiàn)階段農(nóng)用植保無人機作業(yè)特點進行分析，說明了多旋翼植保無人機作業(yè)時的優(yōu)勢與不足，并對植保無人機應(yīng)用變量施藥技術(shù)的實施方式進行了研究與總結(jié)，說明了在植保無人機上應(yīng)用變量施藥技術(shù)的必要性。

關(guān)鍵詞：植保無人機;應(yīng)用特點;變量施藥技術(shù);研究

中圖分類號：S251 ? ? ? ?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.08.014

植保工作是農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)性工作，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要工作項目，隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化經(jīng)營增多，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴大，對農(nóng)業(yè)植保作業(yè)的能力提出了更高的要求。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)植保工作多通過人力噴霧或背負式的半自動噴藥機進行噴霧植保，而這種噴霧植保的作業(yè)形式并不適用于大面積農(nóng)田的作業(yè)使用，采用人工對大面積農(nóng)田進行植保作業(yè)不僅效率低下，還容易發(fā)生中毒等人身安全事故。近年來我國的植保機具水平得到了大幅度提升，輪式植保機具應(yīng)用逐漸增多，與此同時，多旋翼無人機植保作業(yè)也以新的形式出現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中，使農(nóng)業(yè)植保作業(yè)變的更為智能與靈活，且作業(yè)效率和質(zhì)量都得到了顯著提升。

1 植保無人機應(yīng)用特點和不足

1.1 應(yīng)用優(yōu)勢

多旋翼植保無人機采用專業(yè)飛手遠程操控的方式進行作業(yè)，與傳統(tǒng)的輪式植保機械作業(yè)相比，具有獨特的技術(shù)優(yōu)勢。

（1）作業(yè)靈活性好。首先植保無人機的體積小巧，在田間運輸轉(zhuǎn)移十分方便，且作業(yè)時因采用飛行的方式植保，因此可以不受山地、丘陵、水田等不利地形的影響，對不同情況的地勢通過不同的作業(yè)方案和自適應(yīng)能力能夠?qū)崿F(xiàn)良好的作業(yè)效果。

（2）植保作業(yè)效率高。在使用植保無人機作業(yè)時，由于其自動化程度高，只需通過前期對農(nóng)田的定位和勘測，即可形成合理的自動化作業(yè)方案，無人機會結(jié)合GPS技術(shù)和傳感器技術(shù)自動按照預(yù)定路線進行噴施，作業(yè)過程不需要人工干預(yù)。當無人機缺少農(nóng)藥或電量不足時，其能夠?qū)崿F(xiàn)自動返航，在補充農(nóng)藥或更換電池后，可自動回到之前工作位置繼續(xù)作業(yè)，滿足斷點續(xù)噴的作業(yè)要求，不易出現(xiàn)漏噴或重噴的作業(yè)質(zhì)量問題。據(jù)統(tǒng)計，優(yōu)質(zhì)的無人機植保作業(yè)效率可達到人工作業(yè)的60倍以上。

（3）施藥能力顯著增強。植保無人機采用多旋翼的結(jié)構(gòu)形式，現(xiàn)階段使用的無人機以4旋翼、6旋翼、8旋翼機型居多，植保無人機的主要結(jié)構(gòu)如圖所示。在進行植保作業(yè)的過程中，螺旋槳產(chǎn)生的下旋氣流能與下方的噴霧桿進行配合，將噴出的細化霧滴向植株的下方帶動，使噴霧具備更強的穿透力，農(nóng)藥霧滴能夠?qū)θ~背及根部實現(xiàn)覆蓋，從而有效減少農(nóng)藥的漂移量，增強植保作業(yè)的防治效果。

（4）節(jié)能環(huán)保效果好。采用植保無人機作業(yè)利用高霧化噴頭和高植保能力，能顯著降低農(nóng)藥和水的使用量，減少作業(yè)過程對農(nóng)作物產(chǎn)生藥害和對環(huán)境產(chǎn)生污染的可能性;同時，植保無人機作業(yè)相對于傳統(tǒng)輪式機具作業(yè)更節(jié)能，且不會對植株產(chǎn)生碾壓等破壞問題，有利于保護農(nóng)作物正常的生長狀態(tài)。

（5）有利于保護作業(yè)人員的人身安全。由于采用遠程遙控的方式進行作業(yè)，在實際的植保范圍內(nèi)并沒有工作人員參與，這種遠離工作區(qū)的遙控作業(yè)方式，能有效避免植保人員受到農(nóng)藥中毒等危害，同時，自動化作業(yè)的形式也能減少輔助人員的參與數(shù)量。

1.2 應(yīng)用中的不足

盡管近年來我國的植保無人機技術(shù)取得了較快的發(fā)展，但是前期的技術(shù)開發(fā)多以參考國外的成熟機型為主，自主核心技術(shù)仍處于缺乏的狀態(tài)，導(dǎo)致無人機植保在實際應(yīng)用過程中仍存在較多的問題。

（1）缺乏規(guī)范的農(nóng)藝技術(shù)標準與植保技術(shù)相配套。由于在植保作業(yè)過程中沒有規(guī)范的標準約束，在實際作業(yè)中常存在著農(nóng)藥噴灑超量、農(nóng)藥噴灑不均勻、作業(yè)中藥霧飄移散失等問題，同時由于沒有對操作的規(guī)范性要求，飛手在實際操作時缺乏統(tǒng)一的作業(yè)流程、速度控制、飛防技術(shù)等標準化的參考，不利于形成規(guī)范統(tǒng)一的科學(xué)作業(yè)效果。

（2）專用藥劑的研發(fā)相對滯后。植保無人機作業(yè)時所使用的藥劑與傳統(tǒng)的輪式植保機械存在較大差別，植保無人機所攜帶的農(nóng)藥通常要求密度高、易于霧化、附著性好、耐于水、耐蒸發(fā)等特點，而現(xiàn)階段農(nóng)藥生產(chǎn)企業(yè)并沒有重點針對無人機植保進行產(chǎn)品開發(fā)，致使無人機在植保作業(yè)中仍采用普通高濃度農(nóng)藥進行作業(yè)，在一定程度上影響了植保能力的發(fā)揮。

（3）沒有形成系統(tǒng)的操作人員培訓(xùn)體系?，F(xiàn)階段對植保無人機的使用只能依靠專業(yè)的無人機飛手進行操作，導(dǎo)致農(nóng)民個人購買無人機后操作技能不足，很難實現(xiàn)自主作業(yè)，既使經(jīng)過生產(chǎn)廠家的技術(shù)培訓(xùn)，以我國農(nóng)民的學(xué)習(xí)能力仍很難達到專業(yè)飛手的技術(shù)要求，導(dǎo)致個人使用植保無人機作業(yè)的效果不佳。

2 植保無人機變量施藥技術(shù)的實施

隨著精確噴藥理念在農(nóng)業(yè)植保工作中應(yīng)用與普及，很多先進的植保技術(shù)被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，例如變量噴藥技術(shù)、靜電噴霧技術(shù)、對靶噴霧技術(shù)等。植保無人機作為先進的智能植保機具，將其與變量噴藥技術(shù)進行有機融合，能有效提高其植保能力，減少植保過程中產(chǎn)生的資源浪費與環(huán)境污染。

2.1 變量噴藥的霧化要求

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)植保作業(yè)過程是十分復(fù)雜的，針對農(nóng)作物不同生長期的病蟲害預(yù)防，以及對已經(jīng)發(fā)生的不同病蟲害進行治療，所采用的噴霧技術(shù)均存在較大差異。通常情況下，按照最合理的噴藥作業(yè)技術(shù)需求，對霧化噴頭所噴出的霧滴的適用情況進行總結(jié)，具體應(yīng)用情況及霧滴細化直徑如下表所示。

2.2 變量噴藥技術(shù)的實施方法

變量噴藥技術(shù)是一項智能化的自動調(diào)節(jié)的噴藥技術(shù)，它能夠根據(jù)無人機的飛行速度、雜草病蟲害嚴重程度、自然條件的變化等因素自動調(diào)整藥業(yè)噴出的壓力、霧化程度和流量，其主要的變量控制方法包括以下三大類：

（1）傳統(tǒng)的壓力變化控制法。根據(jù)無人機上所配備的多種傳感器對環(huán)境進行感知后，能夠自動形成植保方案，能夠自動匹配作業(yè)速度和環(huán)境變化等因素。利用無人機噴藥系統(tǒng)中的減壓閥調(diào)整噴頭位置的壓力與流量，以滿足改變噴藥量的功能需求。

（2）滯環(huán)控制法。通過在作業(yè)時設(shè)計合理的變量范圍，通常的變量范圍設(shè)置在0.9～1.1之間，當噴藥量小于0.9時，系統(tǒng)自動調(diào)整壓力使噴藥量增加，當噴藥量超過1.1時，系統(tǒng)自動調(diào)整減小噴藥量，以此避免產(chǎn)生噴藥量不足或噴藥過度產(chǎn)生藥害等問題。

（3）智能控制法。這種方法結(jié)合了數(shù)學(xué)計算與經(jīng)驗分析能夠?qū)崟r的噴藥壓力與環(huán)境因素等變量進行對比，還可以結(jié)合GPS系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)對電液比例閥進行控制，不僅能夠保證噴藥過程中的穩(wěn)定性，還能針對病害的嚴重與否智能調(diào)整藥量，以滿足植保作業(yè)的最佳化要求。

3 結(jié)語

植保無人機在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用已經(jīng)展現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢，也受到了廣大農(nóng)業(yè)經(jīng)營者的認可與使用，但無人機技術(shù)要想得到近一步的優(yōu)化與提升，還必須接受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更長久的實踐與機械性能結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化。這要求植保無人機具備更強的普及性和使用率，這需要農(nóng)業(yè)主管部門對無人機行業(yè)給與更好的政策支持，通過購置補貼和農(nóng)機推廣等方式，促進農(nóng)用植保無人機的廣泛使用，以便于在實踐中優(yōu)化技術(shù)能力，使我國的農(nóng)業(yè)植保的機械化作業(yè)更加高效與智能。

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